流体力学(动量传输).ppt

材料科学与工程学院 无机非金属材料热工基础1　流体力学（动量传输）　　1.1流体力学（动量传输）的基本概念 1.1.1 流体力学与连续介质模型假设 1.1.1.1流体力学简介 概念：流体力学是力学的一个分支，它是研究流体运动和平衡的规律及流体与固体，流体与流体之间相互作用的一门学科。 内容：流体力学包括：液体力学；气体力学。 (1) 液体力学 通常以水作为流体的代表，固称为水力学。由于液体的体积不会随着压力的变化而改变，所以在研究液体运动的过程中，通常可以认为流场上的各点密度保持不变，即：ρ＝c（常数）。因为对于一定质量的液体来说，它的体积不变，密度自然也就是常数。这种等密度流动是水力学的一个重要特点。 （2）气体力学 主要研究气体运动的规律。由于气体的体积会随着压力的变化而改变。压力增大，体积会缩小；压力减小，体积会变大。所以在研究气体运动的过程中，可以认为密度在流场中是变化的，即：ρ≠c（常数）。这种变密度流动是气体力学的特点。 特别注意的是：对于低速运动的气体，我们通常认为是等密度的，即：ρ＝c。 (3) 工程流体力学： 是以理论分析和实验研究相结合的方法，来研究流体处于平衡，运动和流体与固体之间相互作用的力学规律，以及这些规律在过程技术中的应用。 单位制： 主要采用国际单位制，但是有时也会使用工程单位制，所以我们在做题时一定要注意国际单位制与工程单位制的换算。 1.1.1.2 连续介质模型 流体研究的方法： （1）宏观方法； （2）微观方法。 连续介质模型的提出： 1753年，欧拉（Leondard Euler 1707~1783)提出，将流体看成是由无数质点组成的稠密而无间隙的连续介质。这些质点能反映宏观流体的各种物理量（密度、体积、压强、温度、浓度等）。因此这些物理量可以看作是时间和空间上的连续函数，从而可以利用连续函数这个数学工具来解决传输理论的知识。 质点：大量分子的集合，无几何尺寸，具有均匀的物理性质。即从宏观看其非常的小（无限小），从微观看其充分的大，可以忽略个别分子的影响。 例如：标准状态下，1立方毫米气体中有2.7×1016个分子，1立方毫米水中有3×1021个分子。 但是，在髙真空的容器中，温度293K，压力10－3毫米水银柱时，气体分子间距约4.5毫米，这时的稀薄气体就不能按连续介质看待了。 1.1.2 流体的属性 1.1.2.1 流体的密度：单位体积内流体具有的质量。以 表示，单位： ； 对于均匀流体： 对于非均匀流体： 点的密度：　　　 式中： —流体的质量， ： —流体的体积， ； —平均密度， ； 对于多组分的流体，如果没有体积效应，则多组份流体的密度为： ；　　　（ ） 式中： —为组分i 的密度，kg/m3； 　　　　 —为组分 i流体在混合流体中的体积份数； 比重：流体在某一温度下的比重为液体在该温度下的密度与4℃的纯水密度的比值； 1.1.2.2 流体的重度 （1）定义：流体的重度：单位体积流体的重量； 以 表示，单位 。　　　　 点重度　 式中： —重力加速度，9.81　　　； —流体的重力；N。 （2）流体密度与重度的关系： 1.1.2.3 流体的流动性 定义：流体在微小的剪切应力作用下，发生连续不断变形的特性称为流体的流动性。 从力学分析的角度来看，流体与固体的主要差别在于他们对于外力的抵抗能力不同。固体能抵抗一定大小的拉力、压力和剪切力。当外力作用在固体上时，固体将产生一定程度的相应变形，只要作用的外力保持不变，固体的变形也就不会变化。而流体则不然，流体不能承受拉力，而且任何微小剪切力的作用都将使流体产生连续不断的变形，只要这种作用力继续存在，流体就将继续变形，这就是流体的流动。只有当外力停止作用时，流体的变形才会停止。 流体的流动性使得流体便于远距离的管道输送和利用容器储存。 1.1.2.4 流体的压缩性和膨胀性 (1) 流体的压缩性与热胀性 定义：流体的压缩性：指流体受到压